钻柱—钻头—岩石系统动态行为仿真

利用单齿压入与刮切岩石实验建立了钻头与岩石互作用力学模型,实现了对钻头在钻井过程中工作行为的仿真计算;建立了基于研究钻柱—钻头—岩石系统动态行为的动力学模型,可以对钻井过程中钻压、扭矩、转速等参数的动态变化过程进行计算机仿真研究。从仿真结果可以看出,钻头在钻井过程中由于牙齿在井底的交替吃入以及井底本身的凹凸不平造成钻头在井底的纵向振动,其钻压的振幅一般为平均钻压的30%左右;同时,由于钻头在井底的刮切作用造成了钻头转速以及扭矩的变化,转速的变化相对来说较为平缓。该动力学模型能较好的描述钻柱—钻头—岩石系统的动态行为,对于新型钻头的设计以及钻井力学研究都有着较好的指导意义。     

牙轮钻头滑动轴承磨损的计算机仿真

在美国Ｍａｒｓｈｅｋ和Ｃｈｅｎ提出的理论基础上，详细分析了牙轮钻头滑动轴承在不对中情况下与牙轮接触的情形，并采用新的确定两体接触区域的方法，在考虑而体之间摩擦的情况下推导了轴承间隙的一般表达式。通过计算机上运行所编制的仿真模型可以得到任意时刻轴承系统的工作状态、轴承副各部位的接触应力和线性磨损量。用该仿真模型可预测轴承系统寿命和改进轴承结构参数，从而可提高轴承系统的使用寿命。     

用VC＋＋5．0IDE开发PRO／TOOLKIT应用程序

本文介绍了在WINDOWSNT4．0操作系统下生成PRO／TOOLKIT应用程序的两种实用方法：即分别利用MS－DOS命令行和VC＋＋5．0IDE。两种方法对比表明用VC＋＋5．0IDE开发PRO／TOOLKIT应用程序更方便、效率更高。     

焊接顺序对牙轮钻头牙掌焊接质量的影响

牙轮钻头由3个牙掌焊接而成,然而焊接产生的变形对牙轮钻头的几何尺寸和性能有极大的影响.为了减小牙轮钻头牙掌焊接变形,建立了除工艺外2种焊接方案,利用ABAQUS有限元软件分析了3种焊接顺序对牙掌的残余应力和变形的影响,并计算了轴颈面中心点处的偏移量.分析结果表明:先焊接水平焊缝的方案二所产生的应力幅值相对最小,分布区域...     

钢齿牙轮钻头滑动轴承接触应力分析与间隙优化

在石油钻探工程中牙轮钻头承担着极为重要的作用,其工作寿命与钻井性能对工程质量、效率和成本都有重大影响。轴承作为牙轮钻头最重要的结构,其表面接触应力分布及其不均匀是导致轴承结构失效的最主要原因,因此有必要对轴承接触应力分布和大小进行分析研究。利用Creo与Pro/E软件对牙轮钻头滑动轴承副结构进行了3D实体模型的搭建,利用ANSYS软件建立了牙轮钻头滑动轴承接触应力的有限元分析模型,并得出轴承接触应力分布图与接触应力峰值。通过上述途径方法成功对12种不同的间隙值对应的滑动轴承受力情况作出了计算分析,清晰地看到牙轮受力时滑动轴承表面应力的分布情况,通过峰值比较优选出了使寿命最长的孔轴间隙值。     

混合钻头切削齿工作部位几何面离散化研究

为更好地研究混合钻头的性能，分析混合钻头与岩石相互作用机制，使用C#语言对混合钻头牙齿的几何表面进行离散化，再将离散化得到的数据导入MATLAB软件生成模型。结果表明：用离散点绘制的牙齿模型与牙齿的三维实体模型基本一致，牙齿离散化的可行性和准确度非常高。切削齿工作部位几何面离散化有利于改进牙齿设计，优化钻头结构，从而提高破岩效率，为后续钻头的工作行为研究及钻头与岩石相互作用的研究提供参考。     

基于ABAQUS的PDC钻头参数化布齿与破岩仿真

近年来PDC钻头在结构与类型上均发生了较大变化,这对布齿设计提出了更高的要求,而合理的布齿设计是保证PDC钻头使用寿命的关键。为此,提出了一种基于ABAQUS的PDC钻头参数化布齿设计与破岩仿真方法。该方法通过编写Python脚本代码对ABAQUS内核程序进行控制,可以自动读取数据库中PDC钻头的几何参数,实现PDC钻头的参数化布齿;快速完成模型网格的自动划分、接触对的自动设置以及载荷与速度等条件的定义等,简化了PDC钻头切削齿与岩石的破岩仿真模型的建立过程,实现仿真结果的输出与保存,方便对布齿模型破岩性能进行分析。通过与常规建模方法建立的布齿模型进行对比分析,证明了采用该方法建立布齿模型的正确性;对仿真结果中的扭矩进行了分析,并与前人试验结果进行对比,证明了仿真模型的正确性。采用该方法可大幅度提高布齿设计和破岩分析效率,缩短PDC钻头的研发时间。     

混合钻头破岩特性研究

现有的常规PDC钻头和牙轮钻头均无法满足深硬地层、难钻性地层以及软硬交错地层的破岩要求。混合钻头在国内外的成功应用证明其具有较好的破岩效果,但对其破岩特性的研究还不够深入,导致混合钻头设计优化和推广受限。鉴于此,基于有限元分析法和弹塑性力学理论,以Drucker-Prager准则为岩石的本构关系,建立了混合钻头破岩仿真模型,开展了混合钻头破岩特性研究。研究结果表明:混合钻头破岩量大于单个PDC钻头和单个牙轮钻头破岩总量之和,这与现场结论一致;牙轮主导型混合钻头适用于硬地层,PDC主导型混合钻头适用于软地层;混合钻头破岩特性与其自身结构有关。混合钻头破特性研究为促进混合钻头的优化设计和混合钻头的现场应用奠定了基础。     

水平井钻柱系统动力学特性分析模型的建立

相较于直井及斜直井,水平井应用较广,但目前关于水平井整体钻柱动力学特性的研究不够深入。为探究其动力学特性,基于有限单元法以及钻柱动力学方程,综合考虑弯曲井眼轨道、钻柱与井壁非线性碰撞接触等因素,建立水平井钻柱系统钻进仿真模型,将仿真模型结果与Johancsik模型对比,验证了仿真模型的准确性。通过模拟钻进全程来剖析稳定器、大钩载荷以及卡钻情况对钻柱系统整体动力学特性的影响。研究结果表明：三维模拟分析钻柱与井壁接触力及钻柱振动验证了稳定器可减少钻柱与井壁的碰撞;当卡钻情况发生时,水平段和竖直段钻柱屈曲特性逐渐从螺旋屈曲转变为正弦屈曲;较之于未施加大钩载荷的情况,施加大钩载荷后降低了钻柱的钻进速度,缓解了钻柱的振动,验证了实际作业中施加大钩载荷的必要性;经模拟分析确定临界大钩载荷,当在钻柱端施加的大钩载荷大于临界值时,钻柱在钻进过程中会发生卡钻的情况;当其小于临界值时,大钩载荷的值越大钻柱轴向进给及横向振动越稳定,钻柱与井壁的接触力越小,在实际钻井作业中可依据井况调整大钩载荷的值。研究成果可为钻柱研究设计及结构优化提供参考。